Metalul se extinde când este încălzit, deoarece o creștere a temperaturii este de fapt o creștere a vibrațiilor atomilor care compun metalul și această vibrație forțează atomii ușor în afară. Dacă nu apare o schimbare de fază, distanța mai mare nu este suficientă pentru a rupe structura zăcământului dintre atomi. Expansiunea termică este un fenomen observat în majoritatea materialelor și nu doar în metale.
Expansiunea termică este o proprietate importantă a multor materiale și puține materiale sparg modelul de extindere pe măsură ce cresc temperatura. Cu toate acestea, apa solidă și, la temperaturi scăzute, chiar apă lichidă, de fapt, se micșorează în timp ce se încălzește. Apa este însă o excepție, având o structură moleculară relativ unică și proprietăți care determină starea sa solidă să fie mai puțin densă decât starea ei lichidă.
Expansiunea termică nu este numai o proprietate comună, ci și una importantă. Diferitele metale se extind la diferite viteze cu schimbarea temperaturii, ceea ce este o caracteristică utilizată în termometrele de benzi bimetalice. În timp ce expansiunea termică este utilă în acest mod, aceasta este, de asemenea, adesea o problemă în construcții, în special atunci când sunt utilizate mai multe materiale diferite sau când încălzirea este probabil neuniformă. Micsorarea și extinderea metalelor produc stresuri în structuri, care pot provoca instabilitate structurală în timp.
